虛涵氣,氣充虛,無有所謂無者。
——王夫之
勒梅特認爲,宇宙常數是相對論宇宙學的一個核心要素。它相當于一種“反引力”。其作用就像是只有在宇宙尺度上才感覺到的排斥力,並且能夠對抗甚至戰勝引力。從物理的角度看。宇宙常數表明有某種謎一般的能量在空間中無處不在。“常數”意味著他不能像物質一樣集中在某些地方,而應該在任何地方、任何時間都是同樣的密度。和慣性的能量形式相反,它還應該擁有負的壓強,正是這一特性使他産生了斥力效應。
(黑洞與暗能量》399頁)
然而,有的理論物理學家考察了宇宙常數與量子力學之間的關系。隨著量子場論的發展,他們開始意識到空間並不是被動地填充物質與輻射的容器,而是一個“有血有肉”的動態物理實體。這“血肉”就是真空能量。一些物理學家如保羅·狄拉克和理查德·费曼,就提出了一种假设,我们所谓的“真空”。实际上充满了虚粒子,虚粒子仅以一种转瞬即逝的方式表现为现实物质。取一立方米的空间,去掉所有的物质和辐射,剩下的是什么?我们大部分人可能会回答,什么都不剩。物理学家会说:不是的,那里依然遗留着能量,并且它将赋予真空一种潜在的张力。
換句話說,量子真空不是真正的虛無,而是應該被視爲虛粒子可以憑空出現和消失的一片起伏不定的大海。真空胎的主要特征就是它是最低能量狀態。阿蘭·古斯和安德列·林德在1979年提出,真空能量在原初宇宙時期引發過一個“暴脹”階段,在大爆炸後一個非常短的瞬間,約10的負36至10的負34秒之間,宇宙經曆了一次指數式增長,大大加快了其膨脹速度。
(黑洞與暗能量》399頁)
在量子力學裏,真空的定義是一個物理系統的最低能態。
還是根據海森堡不確定性原理,“虛粒子”可以從真空中湧現,隨後又回到真空。量子真空扮演了銀行的角色,我們可以從中借走能量,在很短的時間內創造出一對不可觀測的粒子和反粒子。我們能借走的能量大小反比于借的時間。虛粒子的存在已經被威利斯·兰姆用实验证实。
(黑洞與暗能量》400頁)
暗能量——不要與暗物質混淆,雖然經常有人弄混——是一種假想中的充滿整個宇宙的能量形式。它施加一種負壓強,表現爲一種排斥性的“引力”,因此可以解釋宇宙的加速膨脹。
盡管如此,暗能量的確切本質仍帶有猜測成分。最簡單的直接的解釋是真空能量。它在廣義相對論中表現爲宇宙常數。這意味著,暗能量的密度將會在空間中均勻分布,在時間上保持恒定。這正是愛因斯坦引入的形式,而這一形式與我們目前對宇宙的觀察是一致的。
我們手上沒有真正令人滿意的量子真空理論。但這樣一來,如果不是真空,那又會是什麽東西引發了加速膨脹呢?
1998年,美國新漢布什爾州達特茅斯學院的羅伯特·考德威尔同时提出存在一种彻底渗透在空间之中的新的实体,有点儿像亚里士多德学生所学书中的“第五元素”以太。它被称为精质场,有时也直接以为第五元素。精质始终可以被理解为宇宙中除去所有物质和辐射之后剩下的部分,精质相当于某种形式的真空。
因此,預測宇宙未來的唯一方法在于,找出暗能量的真正本質。
與其他早期裏邊相比,弦論也沒能更好地解決這些困難。
(黑洞與暗能量》401-402頁)
暗能量的特征是負壓強,這其實等價于一種張力。這就好比橡膠膜,之類的彈性介質在繃緊的時候,也會産生向內的負壓強(向外的斥力)。
天地之道,無非以至虛爲實。
金鐵有時而腐,山嶽有時而摧,凡有形之物即易壞,惟太虛(處)無動搖,故爲至實。 ——張載
在宇宙演化過程中,不同形式的能量輪流支配宇宙,決定宇宙的動力學。第一階段是暴脹時期,內在一種真空能量形式的影響下呈指數增長,物質的創生正是在這一時期。隨後在第二階段,輻射占主導地位。輻射主導地位很快就被物質取代,即第三階段。暗能量在70億年前拿到了接力棒。並在當前的宇宙中占主導地位,即第四階段。暗能量讓膨脹加速。
(黑洞與暗能量》403頁)
假如暗能量僅是量子真空能量,並且隨時間保持恒定。他將逐漸壓倒物質的能量密度。宇宙膨脹將持續加速。
(黑洞與暗能量》403頁)
2004年5月,人們對26個遙遠星系團的觀測似乎證實了,宇宙膨脹在70億年前開始加速,而暗能量密度保持幾乎恒定,或者,至少沒有偏離物質密度非常遠。這些數據與恒定宇宙常數假設一致。因此,不大可能會發生大擠壓和大撕裂的情況。
(黑洞與暗能量》405頁)